机械制造技术课程设计-阀体加工工艺及钻φ20孔和镗φ36孔夹具设计（全套图纸）.pdf

设计说明书设计说明书 题目：阀体的工艺规程及钻20 孔和镗 36 孔夹具设计 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 阀体加工工艺规程及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零 件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零 件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的 工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用 量； 然后进行专用夹具的设计， 选择设计出夹具的各个组成部件， 如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以 及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构 的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序 言 . 1 一 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 . 2 1.2 零件的工艺分析 . 2 二. 工艺规程设计 . 3 2.1 确定毛坯的制造形式 . 3 2.2 基面的选择 . 3 2.3 制定工艺路线 . 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 7 2.5 确定切削用量及基本工时 . 7 三 夹具设计 . 15 3.1 问题的提出 . 15 3.2 定位基准的选择 . 15 3.3 切削力和夹紧力的计算 . 16 3.4 定位误差分析 . 18 3.6 夹具设计及操作的简要说明 . 19 总 结 . 20 致 谢 . 22 参 考 文 献 . 23 第 1 页 共 28 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业， 因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 阀体的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机 械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后 的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧 以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具， 保证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。 因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中 既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有 将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评 指正。 第 2 页 共 28 页 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 阀体的作用，待查 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 阀体有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1：以 100 x100 端面为基准的加工面，这组加工面主要是车136 和86 端面外圆50 的孔， 钻扩铰 6-13 孔锪孔24， 车74， 93，70 内孔。 2：以50 孔为基准的加工面，这组加工面主要是车52 端面， 20 孔和36 孔，M52 螺纹孔，车75 直径上的 2 个成 90深 1mm 的 v 型槽，钻 4-11 孔。 第 3 页 共 28 页 二二. 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，考虑到零件在工作过程中经常受到冲击 性载荷， 采用这种材料零件的强度也能保证。 由于零件成批生产， 而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型， 铸造精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保 证加工精度上考虑也是应该的。 2.2 基面的选择基面的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证 加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好 几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度 要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹 等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如： 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而 细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证 该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基 第 4 页 共 28 页 准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表 面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用， 因为粗基准的表面大多数是粗 糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的 生产是非常重要的。先选取端面作为定位基准， 。 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合” 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定 位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一” 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基 准定位， 以保证各表面的位置精度， 避免因基准变换产生的误差， 简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准” 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工 余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他 表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4）“互为基准” 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、 形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5） 所选的精基准 应能保证定位准确、 夹紧可靠、 夹具简单、 操作方便。 以已经加工好的50 孔和一端面为定位精基准， 加工其它表 面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基 准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专 门的计算，在此不再重复。 第 5 页 共 28 页 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定 为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具， 并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效 果，以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案： 方案一 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣 100 x100 的端面 4 车 车136 和86 端面外圆50 的孔 5 钻 钻扩铰 6-13 孔锪孔24 6 镗 镗74，93，70 内孔 7 铣 铣 M52 上顶面 8 钻镗 钻20 孔和镗36 孔 9 车 车75 直径上的 2 个成 90深 1mm 的 v 型槽 10 钻 钻 4-11 孔 11 检验 检验 方案二 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 第 6 页 共 28 页 3 车 车136 和86 端面外圆50 的孔 4 钻 钻扩铰 6-13 孔锪孔24 5 镗 镗74，93，70 内孔 6 铣 铣 100 x100 的端面 7 铣 铣 M52 上顶面 8 钻镗 钻20 孔和镗36 孔 9 车 车75 直径上的 2 个成 90深 1mm 的 v 型槽 10 钻 钻 4-11 孔 11 检验 检验 工艺方案一和方案二的区别在于方案一把钻扩铰6-13孔锪 孔24 放在前面，镗74，93，70 内孔，车52 端面， 20 孔和36 孔， M52 螺纹孔放在了后面， 因为要车的孔精度较高， 尺寸要求较为严格，这样我们做车孔的时间就可以利用钻好的孔 做为定位基准，这样能能更好地保证工件车孔时的位置度要求， 综合考虑我们选择方案一。 具体的加工路线如下 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣 100 x100 的端面 4 车 车136 和86 端面外圆50 的孔 5 钻 钻扩铰 6-13 孔锪孔24 6 镗 镗74，93，70 内孔 7 铣 铣 M52 上顶面 8 钻镗 钻20 孔和镗36 孔 9 车 车75 直径上的 2 个成 90深 1mm 的 v 型槽 第 7 页 共 28 页 10 钻 钻 4-11 孔 11 检验 检验 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直 接获得。 2、端面 由于端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留 2.5 比较合 适。 3、孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 IT7IT8 之间，参照 参数文献，确定工艺尺寸余量为 2mm 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：铣 100 x100 的端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8, mmap5 . 1=， 0 100dmm=，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 第 8 页 共 28 页 因为加工余量不大，一次加工完成 mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 10001000 125 398 / min 100 s v nr d = 按机床标准选取 w n 400min/r 100 400 125.6/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 400r/min 时 0.2 4 400320/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取320/ m fmm r= 3）计算工时 切削工时：mml50=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 12 5493 1.03min 320 0.2 m w lll t n fx + = 工序：车工序：车136 和和86 端面外圆端面外圆50 的孔的孔 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见 第 9 页 共 28 页 切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 89 x136 x 208r/min 与 208r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 200r/min 。 现 选 取 w n =200r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 136 200 85.4/ min 1000 x m = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=40mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 44 200 0.8 x2=2.75(min) 工序：钻工序：钻 6-13 孔锪孔孔锪孔24 工步 1：钻 13mm 孔 机床：Z525 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花 第 10 页 共 28 页 钻 13 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 V=2434m/min. 取 V=30m/min 3)确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 30 13 734r/min 与 734r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 750r/min 。 现 选 取 w n =750r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 13 750 30.6/ min 1000 m = 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=20mm; 1l=4mm; 2 l=3mm; tm= fn l w 21 ll + = 2043 750 0.13 + =0.27min 工步 2：锪孔 24mm 孔 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削 速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 钻 ff)8 . 12 . 1 (= 钻 vv) 3 1 2 1 (= 式中的 钻 f、 钻 v 加工实心孔进的切削用量. 现已知 钻 f=0.36mm/r (切削手册)表 2.7 第 11 页 共 28 页 钻 v =42.25m/min (切削手册)表 2.13 1) 给量 取 f=1.50.36=0.51mm/r 按机床选取 0.5mm/r 2) 削速度 v=0.442.25=16.9m/min. 3) 定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 16.9 24 224r/min 与 224r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 275r/min 。 现 选 取 w n =275r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 24 275 20.7/ min 1000 m = 5) 削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=4mm; 1l=6mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + = 0.5275 10 =0.072(min) 工序：镗工序：镗74，70 内孔内孔 1.加工条件 工件材料：HT200，时效处理，砂型铸造 加工要求：镗孔74mm 机 床：卧式镗床 T616 刀 具：高速钢刀头 第 12 页 共 28 页 2.计算切削用量 查简明手册表 4.2-19 和 4.2-20,4.2-21 得 v =25mm/min m f =0.07mm/z p a =9.6mm min/106 7414.3 251000 14.3 1000 r d v n= = 根据 T616 镗床说明书，取 w n =125 r/min 切削工时：L=2mm min2286 . 0 07 . 0 125 2 = = f m v L T 工序：钻工序：钻20 孔和镗孔和镗36 孔孔 工步工步 1：钻：钻20 孔孔 机床：Z525 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花 钻 20 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 V=2434m/min. 取 V=30m/min 3)确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 20 301000 477r/min 与 477r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 500r/min 。 现 选 取 w n =500r/min。 第 13 页 共 28 页 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/4.31 1000 50020 m= 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=15mm; 1l =4mm; 2l =3mm; tm= fn l w 21 ll + = 0.13500 3415 + =0.338（min) 工步工步 2：镗：镗36 孔孔 1.加工条件 工件材料：HT200，时效处理，砂型铸造 加工要求：镗孔36mm 机 床：卧式镗床 T616 刀 具：高速钢刀头 2.计算切削用量 查简明手册表 4.2-19 和 4.2-20,4.2-21 得 v =25mm/min m f =0.07mm/z p a =9.6mm min/221 3614.3 251000 14.3 1000 r d v n= = 根据 T616 镗床说明书，取 w n =275r/min 切削工时：L=2mm 第 14 页 共 28 页 min103.0 07.0275 2 = = f m v L T 第 15 页 共 28 页 三三 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要 设计专用夹具。 有老师分配的任务， 我被要求设计钻20 孔和镗36 孔， 选 用机床：CA6140 卧式车床。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用来钻20 孔和镗36 孔， 精度要求不高， 与其 他面没有位置度要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如 何提高生产率、降低劳动强度。 3.2 定位元件的设计定位元件的设计 阀体钻20 孔和镗36 孔， 采用136 端面、 50 孔和13 孔定位，定位分析如下： 1、136 端面作为第一定位基准，与支承板相配合，限制三 个自由度，即 X 轴转动、Y 轴转动和 Z 轴移动。 2、50 孔作为第二定位基准，与心轴50 外圆相配合，限 制两个自由度，即 X 轴移动和 Y 轴移动。 3、13 孔作为第三定位基准，与 B 型固定式定位销相配合， 限制一个自由度，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。 第 16 页 共 28 页 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 （1）刀具： 采用麻花钻、圆角镗刀 机床： CA6140 卧式车床 由3 所列公式 得 F V FzF w q u e y z X pF nd zafaC F 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= F C 83 . 0 = F q 0 . 1= F X 65 . 0 = F y 83. 0= F u 8= P a z=24 0= F w 代入上式，可得 F=874.9N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 K= 4321 KKKK 其中： 1 K 为基本安全系数 1.5 2 K 为加工性质系数 1.1 3 K 为刀具钝化系数 1.1 4 K 为断续切削系数 1.1 所以 NKFF7 .1775= （2）夹紧力的计算 第 17 页 共 28 页 选用夹紧螺钉夹紧机 由()FKffN=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数， 取25 . 0 21 = ff F= z P +G G 为工件自重 N ff F N 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=16m，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPa B 1006= MPa B s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：MPa B 19260032 . 0 32 . 0 1 = 极限应力幅：MPa k kkm a 6 . 48 1lim = 许用应力幅： MPa Sa a a 4 . 16 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 得 MPa110= = 8 . 2 2 4 2 c H d F 满足要求 = MPa d N c 7 . 14 43 . 1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。 第 18 页 共 28 页 3.4 定位误差分析定位误差分析 (1)移动时基准位移误差 yj yj min111 XDd+= （式 1-1） 式中： 1 d 心轴孔的最大偏差 1 D 心轴孔的最小偏差 1min 心轴定位孔与心轴最小配合间隙 代入（式 1-1）得： yj min111 XDd+=0.025mm+0+0.025mm =0.050mm (2) 转角误差 L XDdXDd tg 2 min222min111 + = （式 1-2） 式中： 1 d 心轴孔的最大偏差 1 D 心轴孔的最小偏差 1min 心轴定位孔与心轴最小配合间隙 2 d B 型固定式定位销孔的最大偏差 2 D B 型固定式定位销孔的最小偏差 2min X B 型固定式定位销定位孔与B型固 第 19 页 共 28 页 定式定位销最小配合间隙 其中：) 2 (2 min1 min2 X X LgLx += 则代入（式 1-2）得： 4 3168 . 8 5 . 502 016. 00018 . 0 025 . 0 0025 . 0 + =etg 则： 0.04765 3.6 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 本夹具用于阀体钻20 孔和镗36 孔的加工。 夹具的定位采 用一面、一心轴、一 B 型固定工定位销定位，定位可靠，定位误 差较小。其夹紧则是由心轴、快换垫圈、螺纹等组成，夹紧简单、 快速、可靠。有利于提高生产率。 第 20 页 共 28 页 总总 结结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大 学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体 考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械 加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结 合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综 合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概 念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实 践相结合，来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解 决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所 有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次 毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和 深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工 方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设 计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到 更进一步的锻炼与提高；再次